Các màu cơ bản

Các màu cơ bản Ánh sáng đến từ Mặt Trời gồm một phổ bức xạ điện từ gần như liên tục, với đa số năng lượng tập trung trong vùng bước sóng nằm giữa 220 và 3200 nanomét. Khi chúng truyền qua bầu khí quyển của Trái Đất, đa phần sóng ánh sáng trên 2000nm (các bước sóng hồng ngoại) bị hấp thụ bởi cacbon dioxit, hơi nước, và ozon cho nên đa số chưa bao giờ đến được mặt đất. Các sóng tử ngoại ngắn hơn cũng bị hấp thụ bởi lớp ozon. Hiệu ứng lọc lựa này của bầu khí quyển làm giới hạn phổ ánh sáng đến được mặt đất có bước sóng giữa 320 và 2000nm. + Phóng to hình Mắt người nhạy cảm với một dải hẹp bức xạ điện từ nằm trong vùng bước sóng giữa 400 và 700nm, thường được gọi là phổ ánh sáng khả kiến, đó là nguồn duy nhất của màu sắc. Khi kết hợp với nhau, tất cả các bước sóng có mặt trong ánh sáng khả kiến, khoảng một phần ba toàn dải phân bố phổ truyền qua được bầu khí quyển Trái Đất, hình thành nên ánh sáng trắng không màu có thể bị khúc xạ và tán sắc thành các màu thành phần của nó bằng cách sử dụng lăng kính. Các màu đỏ, lục, và lam trước nay vốn được xem là màu cơ bản vì chúng là cơ sở cho sự nhìn của con người. Mắt người chứa các cơ quan thụ quang tế bào hình nón (xem hình 1) gắn trong một hố nhỏ ở chính giữa võng mạc được điều chỉnh nhằm phản ứng với các bước sóng nằm trong ba vùng này (đỏ, lục, và lam) với các protein sắc tố chuyên biệt. Tất cả các màu của phổ ánh sáng khả kiến, từ tím tới đỏ, có thể được tạo ra bằng cách cộng hoặc trừ những kết hợp khác nhau của ba màu cơ bản này. Ánh sáng được con người nhận thức là trắng khi cả ba loại tế bào hình nón bị kích thích đồng thời bởi lượng ánh sáng đỏ, lục, và lam bằng nhau. Vì cộng ba màu này mang lại ánh sáng trắng, nên các màu đỏ, lục, và lam được gọi là các màu cộng cơ bản. Khi chỉ có một hoặc hai loại tế bào hình nón bị kích thích, thì vùng màu sắc cảm nhận được bị giới hạn. Ví dụ, nếu một dải hẹp ánh sáng lục (540 đến 550nm) được dùng để kích thích tất cả các tế bào hình nón, thì chỉ có tế bào nào có chứa cơ quan thụ quang lục mới phản ứng lại, tạo ra cảm giác nhìn thấy màu lục. Sự cảm nhận các màu cộng không cơ bản, ví dụ như màu vàng, có thể phát sinh theo một trong hai cách. Nếu như các tế bào hình nón đỏ và lục bị kích thích đồng thời với ánh sáng vàng đơn sắc có bước sóng 580nm, thì mỗi cơ quan thụ quang tế bào hình nón phản ứng hầu như ngang nhau vì sự chồng lấn phổ hấp thụ của chúng xấp xỉ như nhau trong vùng này của phổ ánh sáng khả kiến. Cùng một cảm giác màu như vậy có thể thu được bằng cách kích thích từng tế bào hình nón đỏ và lục với một hỗn hợp bước sóng đỏ và lục riêng biệt chọn lựa từ các vùng thuộc phổ hấp thụ của cơ quan thụ quang không có sự chồng lấn đáng kể. Kết quả, trong cả hai trường hợp, là sự kích thích đồng thời của các tế bào hình nón đỏ và lục, tạo ra cảm giác màu vàng, mặc dù kết quả cuối cùng thu được bởi hai cơ chế khác nhau. Khả năng cảm nhận những màu sắc khác yêu cầu kích thích một, hai, hoặc cả ba loại tế bào hình nón đến mức độ khác nhau với bộ bước sóng thích hợp. Các màu bù (lục lam, vàng, và đỏ tươi) cũng còn được gọi là các màu trừ cơ bản vì mỗi màu có thể hình thành bằng cách trừ đi một trong các màu cộng cơ bản (đỏ, lục, và lam) từ ánh sáng trắng. Ví dụ, ánh sáng vàng được quan sát thấy khi toàn bộ ánh sáng lam bị tách khỏi ánh sáng trắng, màu đỏ tươi được hình thành khi màu lục bị lấy đi, và màu lục lam được tạo ra khi màu đỏ bị tách mất. Màu sắc quan sát thấy bằng cách trừ đi một màu cơ bản khỏi ánh sáng trắng thu được vì não cộng gộp các màu còn lại để tạo ra phần bù hoặc màu trừ tương ứng. Hình 2 minh họa các vòng màu chồng lấn của cả các màu cơ bản cộng và trừ. Những vùng chồng lấn cho biết những màu mới được tạo ra bằng cách cộng hoặc trừ những kết hợp khác nhau sử dụng sáu màu cơ bản này, và cũng cho thấy các màu cộng và trừ bù nhau như thế nào. Khi bất kì hai màu trừ cơ bản nào được cộng lại, chúng tạo ra một màu cộng cơ bản. Ví dụ, cộng màu đỏ tươi và màu lục lam với nhau tạo ra màu lam, còn cộng màu vàng và màu đỏ tươi với nhau tạo ra màu đỏ. Tương tự, cộng màu vàng với màu lục lam tạo ra màu lục (xem hình 2). Khi cả ba màu trừ cơ bản được cộng lại, ba màu cộng cơ bản sẽ bị lấy khỏi ánh sáng trắng, để lại màu đen (không có bất kì màu nào). Màu trắng không thể tạo ra bằng bất cứ sự kết hợp nào của các màu trừ cơ bản, đó là lí do chủ yếu vì sao không có hỗn hợp nước sơn hoặc mực in nào có thể dùng để in màu trắng. Một ví dụ hay về sự cộng màu và trừ màu là những thay đổi quan sát thấy ở màu sắc ánh sáng Mặt Trời khi Mặt Trời mọc, truyền trên bầu trời, và khi Mặt Trời lặn. Màu sắc của ánh sáng Mặt Trời thay đổi khi nó truyền qua bầu khí quyển của Trái Đất vì sự va chạm của các photon với những mật độ khác nhau của các phân tử không khí làm loại mất một số màu. Khi Mặt Trời ở cao trên bầu trời vào cuối buổi sáng hoặc đầu buổi chiều, ánh sáng trông có màu vàng. Khi Mặt Trời tiến đến đường chân trời, ánh sáng phải truyền qua phần không khí nhiều hơn và bắt đầu chuyển sang màu cam và rồi thì màu đỏ. Hiện tượng này xảy ra vì không khí hấp thụ một lượng tăng dần ánh sáng lam từ Mặt Trời, chỉ để lại những bước sóng dài hơn trong vùng đỏ của phổ ánh sáng khả kiến